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城市大气中可培养微生物的外代谢组学特征探究

可培养微生物,城市大气,代谢过程,代谢产物,生物地球化学

具有代谢活性的大气微生物与云中有机物的相互作用能够改变大气碳循环。当这些微生物沉降后，也可对地表生态系统中的微生物群落产生影响。然而，目前对环境中可培养大气微生物沉降后的代谢活动仍知之甚少，制约了全球生物地球化学循环模型的完善。本研究分别采用胰蛋白胨大豆肉汤（TSB）和沙氏葡萄糖肉汤（SDB）培养基，培养从城市大气中分离的典型细菌和真菌菌株，通过分析其胞外代谢产物，揭示它们在生物地球化学循环中的潜在作用。利用超高分辨率傅里叶变换离子回旋共振质谱对胞外代谢产物的分子组成进行表征，并通过KEGG数据库进行代谢过程注释。结果显示，相较于消耗的和抗性化合物，菌株产生的胞外代谢产物具有更低的H/C比和更高的O/C比。由于含CHON化合物在TSB（85%）和SDB（78%）培养基中占主导地位，CHON化合物在胞外代谢产物中的占比也过半（>50%）。细菌菌株产生的CHONS化合物更为丰富（25.2%），而真菌胞外代谢产物则以CHO化合物为主（31.7%）。这些微生物代谢产物主要由脂肪族/肽类化合物和富含羧酸的脂环族分子（CRAM-like）构成。不同菌株的代谢产物存在显著差异：细菌在氨基酸合成方面具有优势，而真菌则主要参与氨基酸代谢、转录及表达过程；细菌菌株间脂质代谢、氨基酸代谢和糖类代谢差异显著，真菌则在糖类代谢和次级代谢方面表现出明显差异。该研究为理解大气微生物在陆/水-气界面的有机物转化及其潜在氧化能力提供了新见解，对评估大气微生物在云中或沉降后的生物地球化学影响具有重要意义。